[发明专利]用于加工和硬化金属工件的方法和机床

说明书

技术领域

本发明涉及用于加工和硬化金属工件的方法和机床。

背景技术

由DE 197 49 939 C2（对应于US 6 684 500 B1）已知了一种用于加工曲轴的机床，其中曲轴在夹持装置中被切削加工并且随后被硬化。为了进行硬化，借助于激光器或感应器加热曲轴。不利的是，曲轴在冷却之后具有不期望的变形，该变形降低了加工质量并且可能造成需要再加工。

发明内容

本发明的目的是，提出一种方法，该方法使得能以高加工质量对金属工件进行简单加工和硬化。

该目的通过具有权利要求1所述特征的方法来实现。在一个夹持装置中对待加工的工件进行切削加工和硬化。为了进行硬化，以常规的方式加热经过加工的工件并且随后利用低温冷却介质对该工件进行淬火。在接触工件时具有远低于0℃（273.15K）的非常低的温度的低温冷却介质促使经过加热的工件相应地快速冷却，由此变形小并且与现有技术相比变形明显减小。由此，经过硬化的工件具有高加工质量。小变形导致经过硬化的工件根本不必由于该变形而再进行再加工或者仅须在很小的程度上进行再加工。由于快速冷却和不再需要再加工，还缩短了加工时间或循环时间。由于低温冷却介质蒸发，因此工件和机床都不会受到低温冷却介质的污染。不需要清除低温冷却介质。

工件的加热借助于加热单元进行，该加热单元优选地设计为可沿工件线性地移动的激光器和/或感应器。为了实现连续地将热量输入到工件中，优选地在工件旋转时通过加热单元的移动来实现加热。随后直接借助于可沿工件线性地移动的淬火单元对经过加热的工件进行淬火。淬火单元用于将低温冷却介质输送至经过加热的工件并且紧靠着加热单元布置在加热单元旁边。为了连续地和有目的地冷却工件，优选地在工件旋转时进行淬火。

根据权利要求2的方法确保了快速和干净地对工件进行淬火。适合用作冷却介质的有：液态的或气态的氮、液态的或气态的氧、气态的氢、气态的氦、液态的或气态的氩、气态的二氧化碳和液态的或气态的天然气。优选使用氮。

根据权利要求3的方法确保了快速地对工件进行淬火。

根据权利要求4的方法确保了工件的变形小，这是因为，在淬火时，工件的热量基本上仅通过对流来带走。低温冷却介质可以作为气体储存并且被引导至工件，或者作为液体储存并且只有在输送至工件时才变成气态的。

根据权利要求5的方法能够实现低温冷却介质的极低温度和工件的相应快速淬火。

根据权利要求6的方法确保了简单和结构空间优化地储存低温冷却介质。

根据权利要求7的方法能够实现较短的加工或循环时间。低温冷却介质与传统的冷却介质相比明显更高效地冷却了刀具的切削刃，由此能实现更高的切削速度和相应更高的切削生产率以及更长的刀具使用寿命。由于无论如何都要提供低温冷却介质用于对工件进行淬火，因此在切削时用于冷却刀具的额外投入很低。在低温冷却介质蒸发之后，整个加工过程可以干燥地进行，也就是说，无需传统的冷却润滑剂。经过加工的工件以及机床因此是绝对干净的。由于不必清除冷却润滑剂，因此可以节省相应的费用。

根据权利要求8的方法缩短了加工时间。由于在一个夹持装置中进行切削和硬化，因此两个工艺步骤可以并行地进行。当借助于加工装置仍然进行切削加工时，可以借助于加热单元以及淬火单元通过局部加热和淬火已经对经过加工的工件进行了硬化。并行的切削和硬化特别适用于具有相对较大的轴向尺寸的轴形工件。

根据权利要求9的方法确保了高加工质量，这是因为也在同一个夹持装置中进行了工件的精加工。因此可以快速且简单地对由于硬化而产生的工件的小变形进行再加工。此外，可以简单且快速地实施其它用于表面加工的工艺步骤。

根据权利要求10的方法确保了短的加工时间。由于低温冷却介质可以高效地冷却用于精加工的刀具，由此获得了更高的加工速度和生产率以及更长的刀具使用寿命。由于无论如何都要提供低温冷却介质用于硬化，因此用于冷却在精加工中所使用的刀具的额外投入低。由于低温冷却介质蒸发，因此经过精加工的工件和机床都是绝对干净的。不必清除传统的冷却润滑剂。

根据权利要求11的方法缩短了加工时间，这是因为精加工和工件的硬化并行地进行。并行的加工特别由此得以实现：工件由于低温冷却介质极其快速地冷却。并行的加工特别适用于具有大轴向尺寸的轴形工件。

根据权利要求12的方法确保了高的加工质量。由于工件夹具相对于基础框架热绝缘，因此夹持装置中的热变形可以最小化，由此，由于夹持装置而作用到工件上的力在整个加工期间基本上保持相同。由夹持装置引起的工件变形因此得到避免。